ایستاسازه
En Ar

خانه - مطالب آموزشی - آزمایش های تعیین درصد رطوبت و شاخص دوام وارفتگی در سنگ ها (Water content of rock)

امروزه در بسیاری از بخش های مهندسی ژئوتکنیک پیشرفت های چشمگیری در زمینه طراحی و ساخت سازه های مختلف مشاهده می شود. یکی از این زمینه ها مکانیک سنگ است چرا که در بسیاری از پروژه های عمرانی مهندسین، با توده های عظیم سنگ با ویژگی های متفاوت برخورد می کنند. با توجه به پیچیدگی رفتار متفاوت توده سنگ پیرامونی در جهات مختلف، لزوم شناخت رفتار سنگ ها به شکلی سیستماتیک امری ضروری به نظر می رسد. تونل ها، پی های بزرگ، گودبرداری های عمیق در مناطق کوهستانی و معدن ها نمونه ای از مواردی است که در آن ها بدون مطالعه دقیق رفتار سنگ ها در ساختگاه، امکان احداث پروژه به نحوی ایمن وجود ندارد. در این مقاله خلاصه ای از آزمایش های تعیین درصد رطوبت و شاخص دوام وارفتگی در سنگ ها شرح داده شده است.

پایدارسازی گود در منطقه جمشیدیه با بافت سنگی - شرکت ایستاسازه
پایدارسازی گود در منطقه جمشیدیه با بافت سنگی – شرکت ایستاسازه

آزمایش تعیین درصد رطوبت آب محتوی سنگ


 به طور کلی رفتار مکانیکی سنگ ها به مقدار قابل توجهی به میزان رطوبت آن ها بستگی دارد. این تاثیر در سنگ های مختلف، بسته به ترکیب کانی شناسی و بافت آن ها بسیار متغیر است. در این آزمایش، با محاسبه جرم آب موجود در منافذ موجود در توده سنگ و تقسیم آن بر جرم خشک نمونه سنگ، مقدار درصد رطوبت محاسبه می گردد.


موارد استفاده از آزمایش تعیین درصد رطوبت سنگ


این دستورالعمل برای تعیین درصد رطوبت سنگ ها تهیه شده است ولی برای سنگ هایی که دارای مقادیر قابل توجهی از کانی های هالوزیت، مونت موریلونیت و انیدریت بوده و یا مقدار زیادی املاح محلول (مانند کلرو سدیم) و یا مواد آلی دارند، چندان مناسب نیست.


ابزار آزمایش تعیین درصد رطوبت سنگ


تجهیزات آزمایش تعیین درصد رطوبت شامل اجزای زیر می باشند:


  1. یک گرم خانه (Oven) که دارای تهویه بوده و قابلیت گرم کردن نمونه تا دمای 105 درجه سانتیگراد را دارا باشد. این گرم خانه باید قابلیت ثابت نگه داشتن دما تا 24 ساعت را داشته باشد.
  2. ترازو با دقتی معادل با 0.01% وزن نمونه
  3. ظرف آلومینیومی با درپوشی کاملا بسته که در برابر زنگ زدگی مقاوم بوده و در اثر استفاده مکرر وزن آن کاسته نشود.
  4. دسیکاتور برای نگهداشتن نمونه در مدت زمان سرد شدن

مراحل انجام آزمایش تعیین درصد رطوبت


مراحل زیر مطابق با آیین نامه ASTM D2216 به صورت زیر باید انجام گردد:


الف) یک ظرف فلزی را که کاملاً تمیز و خشک است به کمک ترازو وزن نموده و عدد به دست آمده ثبت می شود.

ب) در مرحله بعدی، نمونه سنگ مورد آزمایش، به 10 قسمت با وزنی حدود 50 گرم تقسیم می گردد.

** (در صورتی که نمونه بلورین (کریستاله) باشد اندازه قطعات باید حداقل 10 برابر بزرگ ترین بعد کریستال های نمونه باشد)

ج) در این مرحله قطعات در داخل ظرف ریخته و در ظرف بسته می شود و سپس وزن مجموعه مجدداً به کمک ترازو ثبت می گردد.

د) در این بخش از آزمایش، در ظرف باز شده و در داخل گرم خانه با دمای 105 درجه سانتیگراد قرار می گیرد تا نمونه به طور کامل خشک شده و آب داخل نمونه خارج شود.

ه) پس از خشک شدن نمونه، نمونه از داخل گرم خانه خارج شده و به مدت 30 دقیقه در داخل دسیکاتور نگه داری می شود تا نمونه سرد شود. در ادامه توزین مجموعه نیز مجدداً تکرار می شود.

مراحل آزمایش تعیین درصد رطوبت سنگ به صورت شماتیک
مراحل آزمایش تعیین درصد رطوبت سنگ به صورت شماتیک

محاسبات

آزمایش های تعیین درصد رطوبت و شاخص دوام وارفتگی در سنگ ها

Mw = جرم آب موجود در سنگ (گرم)

Ms = جرم بخش جامد سنگ (گرم)

W =  جرم آب موجود در سنگ (گرم)

B = جرم نمونه تر و ظرف (گرم)

C = مجموع جرم نمونه خشک به همراه ظرف (گرم)

A = جرم ظرف خشک به همراه درپوش (گرم)


گزارش نتایج


درصد رطوبت با دقت 0.1 درصد گزارش می شود. علاوه بر این، نحوه نمونه گیری و نگهداری سنگ و کلیه اقدامات و تدابیری که برای ثابت نگه داشتن رطوبت طبیعی نمونه صورت گرفته است باید در بخشی از گزارش ذکر شود.

برگه برای ارائه گزارش نتایج تعیین درصد رطوبت سنگ
برگه برای ارائه گزارش نتایج تعیین درصد رطوبت سنگ

دستورالعمل آزمايش تعيين شاخص دوام وارفتگی سنگ ها


آزمایش شاخص دوام با هدف تعیین مقاومت سنگ در برابر تجزیه و خرد شدگی انجام می شود. در حقیقت این آزمایش سعی دارد تا با اعمال سیکل های متناوب خشک و تر شدن بر روی سنگ، مقاومت سنگ در برابر تغییر دما و رطوبت را مورد سنجش و ارزیابی قرار دهد. مراحل این آزمایش مطابق با روش ISRM و ASTM D4644 تعیین شده است.


اهمیت و موارد استفاده آزمايش تعيين شاخص دوام وارفتگی سنگ ها


در سنگ های ضعیف و یا دارای کانی های رسی، در اثر تماس آب و یا هوازدگی، پدیده وارفتگی (Slaking) رخ می دهد. این پدیده غالباً با تغییر ویژگی های فیزیکی و مکانیکی سنگ ها همراه بوده و باعث کاهش قابل توجه ظرفیت باربری سنگ ها می شود. بنابراین، تعیین شاخص وارفتگی برای آن دسته از سنگ هایی که در معرض آب و همچنین تغییرات جوی قرار دارند نظیر سنگ هایی که در تکیه گاه و بدنه سدها استفاده می شوند و همچنین سنگ هایی که در فرآیند ساخت موج شکن ها استفاده می شوند، الزامی است.


ابزار آزمايش تعيين شاخص دوام وارفتگی سنگ ها


دستگاه آزمایش از قسمت های زیر تشکیل شده است:


  • ظرف استوانه ای مشبک: یک ظرف استوانه ای شبکه ای که از توری سیمی 2 میلیمتری (نمره 10) ساخته شده است. ارتفاع این ظرف 100 و قطر قاعده های آن 140 میلیمتر است. در مورد قاعده های این ظرف باید به این نکته توجه شود که صفحات این قاعده ها باید فلزی باشد تا از سختی لازم در مراحل آزمایش برخوردار باشد علاوه بر این، یکی از این صفحات باید قابلیت باز شدن داشته باشد. این ظرف باید به قدری مستحکم باشد تا در دمای 105 درجه و همچنین در حین انجام آزمایش تغییر شکل ندهد.
  • تشت آب: این تشت آب به گونه ای که ظرف استوانه ای متصل به محور افقی را در برگیرد، نصب می شود.پرشدن آب در این تشت باید به نحوی باشد تا فاصله سطح تا محور دوران از هر طرف 20 میلیمتر باشد. عمق تشت به نحوی تعیین شده است تا فاصله کف آن از سطح توری، 40 میلیمتر باشد.
  • موتور محرک: این موتور محرک وظیفه چرخاندن مجموعه با سرعت 20 دور در دقیقه را بر عهده دارد. این سرعت باید در مدت 10 دقیقه با دقت 5 درصد ثابت بماند.
  • گرم خانه: این گرم خانه باید قابلیت افزایش دمای نمونه تا 105 درجه سانتیگراد را در کمتر از 12 ساعت داشته باشد.
  • ترازو: ترازویی با ظرفیت 2 کیلوگرم و با دقت 0.5 گرم جهت توزین نمونه در مراحل مختلف آزمایش، از دیگر تجهیزات مورد نیاز برای پیشبرد این آزمایش است.
تجهیزات مورد نیاز جهت اندازه گیری شاخص وارفتگی سنگ ها
تجهیزات مورد نیاز جهت اندازه گیری شاخص وارفتگی سنگ ها

مراحل انجام آزمایش


مراحل زیر، در مورد این آزمایش اجرا می شوند:


  • در ابتدا 10 عدد قطعه سنگ 40 تا 60 گرمی به صورت طبیعی و یا با خرد کردن سنگ اصلی تهیه می شود. بیشترین ابعاد سنگ دانه های مورد آزمایش نباید از 30 میلی متر تجاوز نماید. شکل آن ها نیز باید تا حد امکان کروی بوده و گوشه های تیز آن ها گرد شود. پیش از ادامه مراحل، باید غبار و قطعات سست از نمونه ها با ماهوت پاک کن، پاک شود.
  • قطعات سنگی، در داخل ظرف استوانه ای مشبک ریخته شده و تا رسیدن به وزنی ثابت تا دمای 105 درجه نمونه خشک می گردد. در پایان این مرحله ظرف را به همراه نمونه های داخل آن وزن نموده و عدد آن یادداشت می گردد. (A)
  •  ظرف استوانه ای مشبک در داخل تشت قرار گرفته و محور آن به موتور متصل می شود.
  • تشت تا 20 میلیمتر زیر محور استوانه از مایع مورد نظر، که معمولا آب 20 درجه سانتی گراد است، پر می شود. اگر در طبیعت شرایط ویژه ای بر نمونه حکمفرما باشد، مایع مورد استفاده مطابق با این شرایط تهیه و به کار برده می شود. ظرف استوانه ای با سرعت 20 دور در دقیقه و به مدت 10 دقیقه دوران داده می شود.
  • بلافاصله پس از اتمام دوران، مجموعه در داخل گرم خانه قرار گرفته و تا رسیدن به وزنی ثابت، در دمای 105 درجه سانتیگراد خشک می گردد. در ادامه مجدداً توزین مجموعه صورت گرفته و مقدار آن ثبت می گردد. (B)
  • در آزمون های دو مرحله ای مراحل پیشین به ترتیب تکرار می شود و در پایان، جرم ظرف استوانه ای و نمونه خشک باقیمانده یادداشت می گردد. (C)
  • در پایان آزمایش، ظرف استوانه ای به طور کامل خشک شده و جرم آن با کمک ترازو اندازه گیری می شود.

محاسبات


شاخص دوام وارفتگی پس از دو مرحله تر و خشک شدن به صورت درصدی از جرم خشک نهایی به جرم خشک اولیه مطابق با رابطه زیر محاسبه می گردد:

شاخص دوام وارفتگی

در این رابطه، متغیرهای تشکیل دهنده عبارتند از:


Id2 = شاخص دوام وارفتگی (درصد)

D = جرم استوانه مشبک (گرم)

C = جرم خشک نهایی استوانه و نمونه (گرم)


اگر از آب با دمای 20 درجه سانتیگراد به عنوان مایع در آزمایش استفاده شود می توان از شاخص وارفتگی دور دوم به عنوان شاخصی برای طبقه بندی سنگ استفاده نمود.

رده بندی سنگ ها بر اساس شاخص دوام وارفتگی دومین مرحله (گامبل 1971)
رده بندی سنگ ها بر اساس شاخص دوام وارفتگی دومین مرحله (گامبل 1971)

گزارش نتایج


گزارش نهایی آزمایش باید موارد زیر را شامل شود:


  • توصیف شکل ظاهری قطعات سنگ باقی مانده در داخل ظرف استوانه ای مشبک و قطعات یا ذرات رد شده از آن
  • توضیحات مربوط به نوع و دمای مایع استفاده شده در آزمایش
  • درصد رطوبت نمونه
  • شاخص وارفتگی مرحله دوم با دقت %0.1
  • ارائه فایل تصاویر مصالح باقی مانده در ظرف در پیوست گزارش

در ادامه نمونه ای از جدول ثبت نتایج آزمایش شاخص وارفتگی نشان داده شده است.

 برگه ثبت نتایج آزمایش تعیین شاخص دوام وارفتگی سنگ ها
برگه ثبت نتایج آزمایش تعیین شاخص دوام وارفتگی سنگ ها

منابع:

  1. نشریه شماره 737 سازمان برنامه و بودجه کشور “دستورالعمل انجام آزمون های آزمایشگاهی و صحرایی مکانیک سنگ”

در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید : 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

سایر مقاله ها

ادوات و تجهیزات حفاری (دستگاه دریل واگن) (Drill Wagon)

یکی از اصول اساسی و کاربردی در کار پایدارسازی و [...]


بیشتر بخوانید

آزمایش تعیین تخلخل و چگالی خشک سنگ (Experiment to determine the porosity and dry density of rock)

این آزمایش با هدف تعیین میزان تخلخل و چگالی خشک [...]


بیشتر بخوانید

آزمایش های تعیین درصد رطوبت و شاخص دوام وارفتگی در سنگ ها (Water content of rock)

امروزه در بسیاری از بخش های مهندسی ژئوتکنیک پیشرفت های [...]


بیشتر بخوانید

دستگاه و تجهیزات تزریق دوغاب سیمان (ست تزریق) (Cement Grouting Equipment)

تزریق دوغاب سیمان یکی از روش های نسبتاً جدید پایدارسازی [...]


بیشتر بخوانید